铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探

ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering15(1996),385—3

铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探

赵国旗

(铁道部第十六工程局　天津　300162)

摘要　分析了衬砌开裂的成因,归纳出衬砌开裂的性质和特点,提出整治衬砌开裂病害的原则、措施和施工方法。对铁路隧道衬砌开裂病害整治具有借鉴与指导作用。关键词　铁路隧道,衬砌开裂病害,整治原则,整治措施,整治方法1　前言

隧道衬砌结构受力破坏产生的裂缝,其部位和性质与衬砌结构形式、结构几何尺寸、围岩压力大小及分布、施工技术、工程质量及建筑材料等因素有密切关系。笔者参加了几座隧道衬砌裂缝的整治工作,并取得了较好的效果。现将整治情况介绍如下:1.1　裂缝的性质压裂性裂缝　裂缝边缘呈压碎状,严重者,受压区表面产生鱼鳞状碎片剥落、带状压劈掉块、酥化等现象。裂缝发展方向不规则。

拉裂性裂缝　裂缝的边缘较为整齐,大致沿隧道纵向发展,但也有斜向拉裂的现象。裂缝深度方向大致为径向,裂缝宽度随深度逐渐减小,严重受拉断裂者,常伴有错动。

剪裂性裂缝　裂缝的宽度,在表面与深度大致相同,衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动。剪裂与拉裂或压裂有密切联系。

调查表明:在中等强度岩层中的隧道,其衬砌拱部的开裂,以拱顶内缘压裂、拱腰内缘拉裂为较多。在边墙部位,则以边墙中部以上拉裂较多。在傍山(偏压)隧道以靠山侧拱腰拉裂较多,这与围岩压力的分布不均匀有关。1.2　开裂衬砌结构的稳定性分析及整治措施

仅拱圈部分出现一些裂缝宽度小于5mm的受拉性裂缝,衬砌开裂断面受压区尚未达到抗压极限强度,衬砌可保证安全,裂缝整治采用嵌补的方法,见图1。

拱圈截面内缘出现压裂性破碎,或内缘出现宽度较大的裂性裂缝,而外缘混凝土也可能已压碎,则衬砌截面的有效面积已大为减小,并产生较大的局部压缩变形,此时,可能使衬砌丧失稳定。整治措施为增设钢架、锚杆及网喷混凝土,见图2。

衬砌出现剪切裂缝,并沿剪裂而发生错动,则衬砌截面已断裂,此种情况衬砌易丧失稳定,见图3。如果结构变形较大且侵犯限界,应进行拆换拱墙处理。

1995年6月9日收到初稿,1995年7月19日收到修改稿。

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岩石力学与工程学报　　　　　　　　　　　　　　　1996年　

图1　裂缝整治嵌补图Fig.　Remedyofthecrevice图2　拱圈破碎变形图Fig.2　Brokendeformationofthevault1.3　裂缝整治的原则(1)裂缝治理应以加固为主,拆换为辅。(2)应认真分析裂缝产生的原因和性质,根据

不同受力情况,分别采取不同的治理方法。

(3)裂缝处理后应能保证结构原有的承载能

力、整体性及防水、抗渗性能。

(4)处理方法要力求简单易行,以符合经济合

图3　衬砌剪切裂缝图

Fig.3　Shearedcrevice

理原则。2　裂缝整治方法2.1　拆换拱墙衬砌地段

南昆线我处管段几座隧道由于地质复杂,有两座隧道洞口段出现了较为严重的病害。其中一座隧道进口段由于线路右侧山体滑坡,拱部衬砌衩挤碎,掉块严重并侵入限界。另一座隧道出口位睦偏压地段,岩石为砂页岩互层,层间结合较差;同时因施工影响,线路左侧的岩体松动,线路右侧因施工便道的开挖,加剧了偏压程度,岩层间发生错动,导致原衬砌的拱墙严重开裂变形。上述两座隧道治理方案为:洞口段增设抗滑以稳定山体,深孔注浆固结地层,最后进行拆换拱墙工作。

在拆换拱墙前,先向衬砌背后进行深孔注浆固结地层,;固结厚度为3.0m,使其周围形成“硬壳”,超到护拱的作用以确保拆除作业安全。注浆管长3.5～4.0m,间距1.0m×1.0m,梅花形布轩,注浆管0mm。采用高压注浆泵压注425#普通硅酸盐水泥拦制的纯水泥

浆,注浆压力控制在2.0～6.0Mpa。

拱墙拆换顺序:由里向外进行,每一节长度为2.5m,灌注混凝土每节为2.0m。拆除方法:采用静态爆破(使用无损破碎剂)。首先凿能30cm宽的一个沟槽作为临鉴定

　第15卷　第4期　　　　赵国旗:铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探

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会面,布置钻眼,间距30cm×30cm,梅花形布置。钻孔深度为衬砌厚度的80%,装药量为钻孔深度的80%,孔眼一端采用干硬性砂浆堵塞严密,不得漏气,待6～12h后即可胀裂拆除。拆除一段,及时支立160mm的工字钢架(间距0.8m一榀),在工字钢周边打入0mm的超前小钢管(环向间距40～50cm,管长3.5m)。拆除后及时灌注混凝土。2.2　衬砌开裂严重地段

原衬砌虽开裂严重,但结构变形不大,尚未完全丧失承载能力。此地段治理方法采用钢架、网喷混凝土加强原衬砌,以制目衬变形进一步发展。具体步骤如下:

(1)向拱背后施作控制压力注浆,使衬砌混凝土与岩层有良好的粘结,改善衬砌受力条件,遏制裂缝继续发展。由于各隧道的岩性、节理发育不同,它的渗透系数、扩散半径也有所差异。综合考虑各种因素,注浆孔间距2.0m×2.0m,梅花形布置,注浆压力控制在0.5～1.0Mpa。防止压力过高,造成原裂缝扩大或产生新的裂损。注浆采用1∶1的水泥砂浆,压浆顺

序由下而上,先稀后稠。在实施过程中,指定专人布孔编号、记录压浆量、压力、部位及里程。压浆材料选用425#普通硅酸盐水泥,砂采用细砂。

(2)对衬砌裂缝地段凿除混凝土厚16cm,并对裂缝延伸范凿出楔形槽(槽宽不小于5cm,槽深接近裂缝深度),冲洗干净。

(3)施作砂浆锚杆,锚杆间距1.0m×1.0m。梅花形布置,锚杆522,杆长3.0m。(4)布设钢管钢架。钢管采用580mm,管内灌潢200#水泥砂浆,以增强其刚度。钢架之

间用522钢筋连结(间距为1.0m)焊牢。加工制作详见图4。

(5)布设钢筋网。网格间距25cm×25cm,并与锚杆、钢架连接成整体,网格环向筋520mm,纵向筋58mm。

图4　管节接头装配图

Fig.4　Assemblyofthepipecoupling

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岩石力学与工程学报　　　　　　　　　　　　　　　1996年　

　　(6)混凝土作业,此方法加固层厚16cm,其中喷射200#混凝土厚10cm,为增强外表美观效果,表面灌注6cm厚的200#细石膨胀混凝土。2.3　衬项裂缝较严重地段

衬砌裂缝样严重地段采用锚杆、布钢筋网、喷射混凝土和灌注细石膨胀混凝土的加固方法。具体步骤如下:

(1)凿除混凝土表面12cm,喷200#混凝土6cm,灌注细石膨胀混凝土6cm。(2)施作砂浆锚杆(锚杆布置同2.2)。

(3)将环向主筋为516mm,,纵向连接筋为58mm,的钢筋网焊接在锚杆上。2.4　局部衬砌混凝土肃落地段

采用锚杆、挂钢筋网、喷混凝土和灌注细石膨胀混凝土。具体做法如下:

(1)向拱背后实施控制压力注浆,注浆孔间距1.0m×1.0m,梅花形布置,注浆压力控制在0.5～1.0Mpa。(2)凿除原混凝土厚度12cm,凿毛冲洗干净。

(3)施作砂浆锚杆,间距1.0m×1.0m,锚杆为522,长2.5m。

(4)布设钢筋网,网格间距20cm×20cm,环向主筋为512mm,纵向连接钢筋为58mm,网格与锚杆焊接成整体。

(5)喷200#混凝土厚6cm,并灌注6cm厚细石膨胀混凝土。2.5　一般或轻微裂缝地段

(1)向衬砌背后进行控制压力注浆。

(2)沿裂缝延伸范围凿楔形槽,槽深为7cm,里口宽7cm,外口宽5cm,槽内冲洗干净。(3)槽壁涂刷由环氧树脂、磷苯二甲酸二丁脂、丙酮、乙二胺配制成的环氧基液,其配合

比为1∶0.1∶0.12∶0∶0.05,槽内嵌衬200#膨胀水泥砂浆,配合经经为:水泥∶砂子=1∶2。水泥砂浆中掺JP型膨胀剂,其掺量为水泥重量的10%。3　结束语

隧道衬砌开裂整治是很繁琐的工作。本文提及的治理方法,取得了明显效果,隧道衬砌裂损地段得到了根治。但进行这项工作既费力又耗时,还影响工程进度。为此,笔者建议,一方面施工单位应严格按图施工,确保工程质量,特别是对于易引超衬砌开裂的先拱后墙法施工地段,应严格控制马口开控长度和拱肢悬空时间。加一方面,建议有关单位对衬砌开裂治理方法作进一步研究,以制定出统一的治理隧道衬砌武术裂病害的施工标准。

参　考　文　献

1　《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》TBJ108-92.北京:铁道8部专业设计院,1991

　第15卷　第4期　　　　赵国旗:铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探

2　《铁道隧道施工规范》TBJ204-86.北京:中国铁道出版社,1987

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ONTHEREMEDIALMEASURESTOCREVICEDISEASE

INCONCRETELININGOFRAILWAYTUNNELS

ZhaoGuoqi

(TheSixteenthBngineeringBureauoftheMinistryofRailway,Tianjin300162)Abstract　Thecauseofcreviceformationifanalyzed,andthecharacterandfeatureofcreviceinconcreteliningwallsareexpounded.Theprinciple,measuresandconstructionmethodtoremedythecrevicediseaseareproposed.Thearticlecanbeusedforreferencetoremedycrevicediseaseinconcreteliningwallsofrailwaytunnels.

Keywouds　railwaytunnel,crevicediseaseoflining,remedialprinciple,remedialmea2sures,remedialmethod致谢审稿人

(按姓氏笔划多少为序)

《岩石力学与工程学报》1996年承蒙下列专家学者认真热情地审阅稿件,学报编辑部特此致谢,并祝诸位新年愉快。

马　光王承树孙万和凶　铀许东俊吴景浓陈治喜张树祥杨　敏杨淑清赵永红殷有泉耿克勤程　桦蔡美峰

丰定祥王靖涛刘　雄李方全许连坡吴德伦陈胜宏张镜剑杨光华周佰海赵震英袁建新高延法鲁先元廖国华

王元汉邓明德刘小明李光煜朱瑞庚陈　勉陈祖煜谷先荣杨林德周创兵郭应桐徐林生章　光谢和平熊文林

王光伦卢世宗刘兴元李迁芥陆培炎陈子荫张　弥郑　宏杨志法周维垣姣宝魁徐恩虎章梦涛葛晓光熊传治

王吉力冯夏庭刘学义李华晔汪　稔陈从新张　清郑雨天杨若琼周群力姚建国徐慰祖梁　力葛修润薛　琳

王武林冯紫良刘宝琛李新平余启华陈东寿张玉军郑颖人杨传嘉周瑞光胡元育顾金才蒋金泉韩贝传

王泳嘉史元伟刘保国任　放宋　扬陈光忠张有天郑鸿泰杨英杰金丰年俞裕泰侯发亮黄理兴裴觉民

王庚荪田永绥刘维宁闫少宏吴绵拔陈守义张忠亭林继清杨家岭赵阳升贺怀建钱鸣高黄承贤蔡忠理